碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術(shù)探討

1、概 述

瀝青砼心墻土石壩從1949年葡萄牙建成45m之瓦勒·多、蓋奧(vdle·do·Gdio)壩起，迄至如今已超半個(gè)世紀(jì)。國(guó)內(nèi)外在七十年代前僅見(jiàn)該類壩十余座。最大壩高為55m。

進(jìn)入八十年代奧利地所建成勞斯特塔爾高為薔能電站土石壩，壩高149m，瀝青心墻高為98m的碾壓式瀝青砼防滲結(jié)構(gòu)。前蘇聯(lián)在西伯利亞和其他高寒地區(qū)，也先后建成壩高140m的Telldxskdyd瀝青砼心墻砂礫石壩和壩高79m的Boguchdnkyd壩等三座瀝青砼心墻土石壩。香港高島東西壩為105m及90m，挪威所建成的斯特拉邁壩也高達(dá)100m，上述瀝青砼心墻高土石壩均建成于八十年代。

我國(guó)自1974年甘肅省敦煌黨河修建成壩高46m首座瀝青砼心墻土石壩，以后在浙江、遼、吉、黑、廣西等省相繼建成了一批瀝青砼心墻土石壩。在已建成的這些瀝青砼心墻土石壩中，除黑龍江省新鄂壩高為82.3m系高壩外，其他壩高均未超過(guò)50m。

上述情況表明瀝青砼心墻土石壩起步較晚，工程類比經(jīng)驗(yàn)尚少，設(shè)計(jì)理論與方法還不夠成熟，仍缺少有效技術(shù)制表來(lái)科學(xué)評(píng)定瀝青砼各種性能，從總體上看這是一種年輕階段，經(jīng)驗(yàn)性壩型。

2、瀝青混凝土心墻分類

目前，國(guó)內(nèi)外瀝青砼心墻大致分為斜心墻和直立式心墻兩種結(jié)構(gòu)形式。在配合比瀝青含量，心墻成型方法上則有碾壓式和灌筑(灌注)式之區(qū)別。心墻寬度多數(shù)在40-80em范圍以內(nèi)，瀝青砼心墻最大寬度為前蘇聯(lián)八十年代初建成的Telldxskdyd壩達(dá)140cm，而我國(guó)甘肅省敦煌黨河壩的瀝青砼心墻最大底寬也達(dá)到150cm，瀝青砼心墻最小寬度的壩系1949年建成的瓦勒·多、蓋奧(vdle·d0·Gdio)壩，其心墻寬度僅為20-10cm。瀝青砼心墻壩有的是壘結(jié)構(gòu)式的，也有與其他防滲結(jié)構(gòu)相連接屬混合型的。

3、碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩特點(diǎn)

瀝青砼心墻防滲結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)概略為以下幾點(diǎn):

3.1 瀝青砼心墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與施工工藝較簡(jiǎn)單，澆筑速度快，便于施工管理和質(zhì)量控制。在氣候干燥地區(qū)能長(zhǎng)年施工，可與土石壩同步進(jìn)行施工。

3.2 結(jié)構(gòu)斷面小，施工強(qiáng)度不大，這種壩型施工導(dǎo)流費(fèi)比其他材料節(jié)約資金且施工速度快，瀝青砼心墻堆石壩(圍堰)采取適當(dāng)防護(hù)措施可以過(guò)流，抗洪能力強(qiáng)。

3.3 瀝青砼心墻在壩體穩(wěn)定性前提下，可有效地吸收超載引起的材料變形，能適應(yīng)蓄水期壩體位移、承擔(dān)和傳遞自重、水壓力、能承受較大剪切變形。在發(fā)生14%的壓縮變形和14%室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的側(cè)向變形情況下，仍能保持抗?jié)B能力。

3.4 瀝青砼種膠粘劑具有較強(qiáng)粘結(jié)性。由于地震、外力作用形成的裂縫而產(chǎn)生漏水、瀝青砼中的細(xì)料不可能被沖走，所以不可能形成水力劈裂條件。且自身的塑性能使裂縫自愈，具有自愈效應(yīng)。

3.5 瀝青砼心墻與其他材料接合面之間有足夠的抗剪強(qiáng)度。自立式心情布置決定其帷幕接觸帶最短，心墻在壩體內(nèi)使其耐久性、防滲、抗震能力更加可靠，它的抗裂縫自愈能力均優(yōu)于土料和面板砼結(jié)構(gòu)。

4、瀝青混凝土防滲心墻的施工

瀝青砼心墻分為碾壓式和澆筑式，二者在材料配比、澆筑壓實(shí)工藝、結(jié)構(gòu)尺寸、墻體支護(hù)模板、質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等方面均有所不同。碾壓式心墻是以過(guò)渡層和瀝青砼交錯(cuò)碾壓的方式隨壩增高，過(guò)渡料和活動(dòng)式鋼模充當(dāng)心墻的支護(hù)體，而澆筑式心墻瀝青含量約占瀝青砼總量比(9.5-16)%，是碾壓式的一倍左右，流動(dòng)性較大，施工過(guò)程中采用模板支護(hù)，對(duì)模板的基本要求是耐高溫(T>180℃)，能夠承受瀝青砼側(cè)向荷載，安裝拆卸方便或以砌塊永久置于壩體內(nèi)，并保證心墻上升速度。

4.1 瀝青砼施工的準(zhǔn)備工作

瀝青砼施工的準(zhǔn)備工作包括如下內(nèi)容:

(1)編制碾壓式瀝青砼心墻土石壩內(nèi)部施工技術(shù)規(guī)范和安壘操作規(guī)程;

(2)做好施工組織設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃場(chǎng)地布置工作;

(3)設(shè)計(jì)出瀝青砼和瀝青砼砂漿配合比，在瀝青砼正式填筑前組織現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，

(4)選定瀝青砼原材料加熱拌合機(jī)型、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓設(shè)備機(jī)具;

(5)購(gòu)存瀝青、礦料，充填料和燃料(燒煤、油料、天然氣)等，進(jìn)行礦料、填充料天然風(fēng)干;

(6)修筑場(chǎng)內(nèi)外運(yùn)輸?shù)缆?

(7)選定和加工制作出模板支護(hù)結(jié)構(gòu)，

(8)做好基礎(chǔ)、水泥砼蓋板、齒墻，廊道等結(jié)合面上的鑿毛、清洗加熱工作，

(9)做好基礎(chǔ)部位抽排水和岸坡滲水處理工作;

(10)培訓(xùn)施工隊(duì)伍，熟悉工藝操作。

(11)其他準(zhǔn)備工作。

4.2 原材料

(1)瀝青:水工瀝青一般選用道路石油瀝青60甲和100甲，國(guó)外一般采用針入度為80-100的瀝青。我國(guó)一些低壩有采用渣油的。

(2)粗、細(xì)骨料:粗骨料宜采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、堿性浩凈碎石，粒徑不得大于25mm，吸水率不大于3%，細(xì)骨料選用質(zhì)地堅(jiān)硬級(jí)配良好的砂粒及粒徑小于5mm的細(xì)碎石，含泥量不大干2%的潔凈細(xì)料。

(3)填充料，一般采用石灰?guī)r、白云巖粉、細(xì)度應(yīng)符合要求，含水率應(yīng)小于0.5%，為了改善瀝青砼性能，提高其變形能力，可摻入適量橡膠粉、塑料或其他高分子化學(xué)材料粉屑。

4.3 瀝青砼的拌制和運(yùn)輸

瀝青砼礦料加熱驅(qū)水，可用旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃型加熱器，攪拌機(jī)可選用LB-30型自動(dòng)化二次篩分，稱量配料和攪拌至拌合樓，每小時(shí)額定產(chǎn)量30t/h中、小型瀝青砼心墻壩，宜采用自型設(shè)計(jì)制造容量為0.2-0.3m3強(qiáng)度式攪拌機(jī)。瀝青脫水，可在加熱池內(nèi)進(jìn)行，也可在鐵鍋，鐵容槽內(nèi)脫水加熱，加熱燃料為燃煤、天然氣和柴油等。瀝青脫水溫度在120±10℃，加熱溫度不超過(guò)170℃，保溫在6小時(shí)以內(nèi)，礦料加熱溫度也相應(yīng)在這范圍內(nèi)，礦料、填充料和瀝青以重量配料，不允許超初限制偏差。攪拌按先礦料、填充料干拌15-25S，再加入瀝青，一般凈拌制約1.0-1.2min，達(dá)到拌合均勻，瀝青裹覆率達(dá)到95%以上程度。瀝青混合料拌合后和出機(jī)溫度，應(yīng)使其經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、攤鋪等工序，熱量損失后的溫度能滿足起始碾壓溫度的要求，其適宜的出機(jī)溫度可見(jiàn)表一。

攪拌機(jī)停機(jī)后，或遇故障停機(jī)超過(guò)30min時(shí)，應(yīng)及時(shí)將機(jī)內(nèi)瀝青混合料放出，并加熱或用熱碎石將攪拌機(jī)清理干凈，要謹(jǐn)慎操作，注意安全。

瀝青混合料運(yùn)輸大多采用汽車裝保溫罐裝運(yùn)，經(jīng)5t汽車吊保溫罐直接卸料入模，或卸料于模外鐵板上，再經(jīng)人工鐵鍬傳料入模。運(yùn)料機(jī)具的容量和數(shù)量，應(yīng)同瀝青砼的拌制攤鋪、碾壓生產(chǎn)能力適應(yīng)。裝盛瀝青混合料的罐、斗和卸料工具應(yīng)涂刷一薄層肥皂水、柴油或油水混合液，轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)要少，防止離析，應(yīng)盡量減少熱量損失，途中因故造成料物溫度不能滿足碾壓要求時(shí)，應(yīng)作廢料處理。

4.4 瀝青砼心墻與相鄰結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)

隨著大量瀝青砼心墻的建成，對(duì)大壩各種止水結(jié)構(gòu)間的防水聯(lián)結(jié)，即瀝青砼心墻和基礎(chǔ)、砼截水墻、地下砼防滲墻、檢查廊道、鋼板柱等，以及瀝青砼心墻和交叉建筑物、溢洪道、河各岸邊坡、壩間或壩體、墻頂與壩頂公路等。

上述結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)應(yīng)先將相鄰結(jié)構(gòu)結(jié)合層的表面鑿毛、清洗干凈、保持干燥狀態(tài)。在表面涂刷一層乳化瀝青或稀釋瀝青，其用量為0.5-2kg/。然后待干燥后，于結(jié)合面上再鋪設(shè)一層厚度約1-3cm砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂層，來(lái)保證其聯(lián)結(jié)質(zhì)量，以免發(fā)生輕微的水平移動(dòng)時(shí)引起漏水?；蛞詿釣r青填料灌注填滿接合層空隙。

4.4.1 模板支護(hù)

模板結(jié)構(gòu)的型式可概略分為鋼制的拆卸組裝式、移動(dòng)式、框架結(jié)構(gòu)、插板卡頂式、波狀永久埋入式鋼板等各種鋼模。

除各種結(jié)構(gòu)的型式鋼模板外，還有砼塊和塊石砌筑的擋墻。

4.4.2 攤鋪和碾壓前的準(zhǔn)備

瀝青砼心墻與基座、岸坡等剛性建筑物，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定做好接合面處理。瀝青砼上下層之間的粒徑表面，對(duì)底層已冷結(jié)表面應(yīng)清理干凈后，用紅外線加熱器、熱熔器、噴燈等加熱驅(qū)水，使底層熔深在2cm以上，溫度達(dá)到70℃以上。

4.4.3 攤鋪和碾壓

國(guó)內(nèi)幾座瀝青混凝土心墻土石壩，瀝青混合料的攤鋪碾壓工藝是:瀝青混合料經(jīng)汽車保溫罐運(yùn)至作業(yè)面用吊車啟吊保溫罐或翻斗機(jī)動(dòng)車將料卸入模內(nèi)。以人工用鍬靶將瀝青混合料均勻地?cái)備佌街梁穸?0-25cm左右，先靜置一段時(shí)間，讓所攤鋪料對(duì)下層進(jìn)行層面熱交換，經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)熱階段使層面結(jié)合良好，然后用振動(dòng)碾或夯擊密實(shí)。用振動(dòng)碾壓實(shí)時(shí)，一般先靜壓兩遍，再振動(dòng)碾壓，應(yīng)保持慢速行駛，振動(dòng)碾壓遍數(shù)按設(shè)計(jì)要求的密度通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，橫向接縫處應(yīng)重疊碾壓30-50cm，如若中斷施工，應(yīng)留好接坡并仔細(xì)壓實(shí)。

4.5 過(guò)濾層

瀝青砼心墻土石壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，心墻很薄，選擇適當(dāng)過(guò)渡層，可均勻傳遞應(yīng)力，調(diào)整壩體變形模量，使其應(yīng)力分布具有良好的連續(xù)性，改善心墻運(yùn)行條件的良好結(jié)構(gòu)措施。他能防止產(chǎn)生過(guò)大不均勻深陷和心墻開(kāi)裂，其上游填筑料可起反濾層作用，它的細(xì)顆粒在滲水壓力作用下，可填充瀝青心墻裂縫，使瀝青砼裂縫填實(shí)愈合，以保持瀝青砼心墻的抗?jié)B性能。它是瀝青砼心墻的支撐體。

過(guò)濾層寬度和壩高有著密切關(guān)系，其上游寬度應(yīng)為心墻寬度的五倍以上，一般寬度在1.5m-3m。過(guò)濾層材料包括:砂料、砂礫石料、碎石，開(kāi)挖出的石碴等，應(yīng)選用級(jí)配良好，符合設(shè)計(jì)粒徑和標(biāo)準(zhǔn)的材料。應(yīng)按規(guī)定要求分層均勻有順利的進(jìn)行，填筑每層厚度在20-25cm，盡可能和瀝青砼心墻同時(shí)鋪筑騎縫壓實(shí)，并符合設(shè)計(jì)相應(yīng)規(guī)定的相對(duì)密實(shí)度，容重，滲透系數(shù)等有關(guān)要求。

瀝青砼防滲心墻不得在雨天和外界氣溫低于5℃時(shí)施工，遇雨應(yīng)立即停止攤鋪，未經(jīng)壓實(shí)而受雨浸水的瀝青混合料應(yīng)全部清除。

5、瀝青混凝土心墻的質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 嚴(yán)格按瀝青砼配合比稱量配料、瀝青、礦料各項(xiàng)溫度值，拌合溫度，攪拌時(shí)間和混合料的均允性。

5.2 應(yīng)檢測(cè)立模中心線，斷面尺寸和每層標(biāo)定的厚度，模板系統(tǒng)支立安設(shè)的穩(wěn)定程度。

5.3 認(rèn)真做好瀝青砼的攤鋪、碾壓備工序應(yīng)精心施工，仔細(xì)操作，進(jìn)行工藝過(guò)程的檢查，并控制好溫度。

5.4 瀝青砼每升高2-10m，沿心墻軸線布控鉆取芯樣，鉆芯長(zhǎng)度以1m為宜，取制試樣進(jìn)行容重、滲透、剪切和抽提等項(xiàng)試驗(yàn)，必要時(shí)也可做三軸壓縮等試驗(yàn)。

5.5 瀝青砼質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)為瀝青砼容重及滲透系數(shù)為準(zhǔn)，一般可按合格率來(lái)評(píng)定，對(duì)防滲性瀝青砼達(dá)標(biāo)90%為合格，達(dá)標(biāo)95%以上為優(yōu)良，對(duì)于非防滲性瀝青砼達(dá)標(biāo)80%為合格，達(dá)標(biāo)85%為優(yōu)良。有條件工程各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)資料分批，可取n=15組試件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，防滲瀝青砼保證率大于90%，非防滲瀝青砼大于85%為標(biāo)準(zhǔn)。

6、結(jié) 語(yǔ)

瀝青砼防滲芯墻土石壩，雖然在設(shè)計(jì)理論、壩土技術(shù)和施工工藝水平質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)等方面取得較快的進(jìn)展，但仍不夠成熟。缺少有效的技術(shù)指標(biāo)來(lái)科學(xué)評(píng)定它的各項(xiàng)性能。

瀝青砼防滲心墻，若用適宜的瀝青砼配合比，精心施工，加上它所具有的較多之優(yōu)點(diǎn)。因此，瀝青砼防滲心墻它仍然是很有引用價(jià)值和發(fā)展前途的一程防滲結(jié)構(gòu)。